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Klausuraufgabe: Fügetechnologie – Technische Textilien<br />
WS 2010/2011<br />
Berechnung der relevanten Schweißtemperatur beim HK/HL-<br />
Schweißen<br />
Prinzip des Heißluftschweißens-HL (links) und des Heizkeilschweißens-HK (rechts)<br />
Materialkenndaten<br />
Material:<br />
Polyestergewebe (PES)<br />
Bindungsart:<br />
Leinwand<br />
Materialdicke:<br />
d Textil = 0,4 mm<br />
Wärmeleitfähigkeit Textil:<br />
λ Textil = 0,25 W/mK<br />
Wärmeleitfähigkeit Silber (HK): λ Metall = 458 W/mK<br />
Wärmeübergangskoeffizient: α Textil = 75 W/ m 2 K<br />
Schmelztemperatur von Polyester: T Schemlze,PES = 250 – 260 °C<br />
Volumenstrom Heißluft:<br />
V L = 100 l/min<br />
Dicke des Heizkeiles:<br />
d HK = 11,8 mm<br />
Temperatur des Heizkeils: T I,HK = 261 °C<br />
Umrechnung °C in K<br />
T [K] = T [°C] + 273 K
Wärmetransportgesetze für stationäre Zustände:<br />
Konvektion (Heißluftschweißen)<br />
(Gl.1)<br />
mit<br />
= Wärmestrom [J/mK]<br />
= Wärmeübergangskoeffizient [W/m 2 K]<br />
= Querschnittsfläche [mm²]<br />
= äußere Temperaturen [°C]<br />
Wärmeleitung (Heizkeilschweißen)<br />
(Gl.2)<br />
mit<br />
= Wärmestrom [J/mK]<br />
= Wärmeleitfähigkeit [W/mK]<br />
= Querschnittsfläche [mm²]<br />
= äußere Temperaturen [°C]<br />
= Materialdicke [mm]<br />
Allgemein gilt:<br />
von der hohen Temperatur T 1 zur nied-<br />
• Wärme wird über den Wärmestrom<br />
rigen Temperatur T 2 transportiert.<br />
• Die Menge der transportierten Wärme ist im stationären Zustand über mehrere<br />
Materialschichten konstant (unabhängig, ob Wärmeleitung oder Konvektion<br />
stattfindet).<br />
• Annahme: Das Textil wird als ebenmäßige Warenbahn mit einer konstanten<br />
Dichte betrachtet. Der Einfluss der Bindungsart wird vernachlässigt.<br />
Gewebe<br />
Angenommene Struktur
Aufgabenstellung (Klausur):<br />
Welche Temperatur besitzt die textile Oberfläche T A , wenn der Heizkeil auf die Temperatur<br />
T I,HK aufgeheizt wird?<br />
Die angegeben Dicke des Heizkeiles d Textil entspricht der Distanz zwischen Temperaturpunkt<br />
T I,HK und T Schmelz .
Berechnung:<br />
Annahme:<br />
stationärer Zustand<br />
die Wärmekapazität des Textils ist vernachlässigbar (keine Aufheizverluste)<br />
Analogie:<br />
Wärmestrom durch mehrere Schichten Wärmeleitung<br />
Für den Wärmestrom gilt:<br />
Annahme: Die Flächen A des Wärmeüberganges sind jeweils gleich.<br />
Mit den gegebenen Werten folgt:
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